Çevresel sıcaklık yüklerine maruz kalan betonarme kutukiriş köprülerin davranışlarının incelenmesi: deneysel ve sonlu elemanlar çalışmaları

Dünya çapında mevcut köprü tasarım kodlarının çoğu, günlük ve mevsimsel çevresel değişikliklerin etkisiyle süper köprülerde ortaya çıkan gerilimleri kontrol etmek için hükümler bildirmektedirler. Son zamanlarda, tasarım kodlarının çoğu köprü ortalama sıcaklığındaki maksimum değişim oranları ve sıcaklık dağılımları için modeller önermektedirler. Bu araştırmanın amacı betonarme köprülerin üzerindeki çevresel sıcaklık yüklerinin etkilerini araştırmak ve Türkiye'deki betonarme köprüler için özel tasarım önerileri sunmaktır.Araştırma ağırlıklı olarak dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk kısım tam ölçekli betonarme kutu kirişli köprünün inşa edilerek beton sıcaklığı, hava sıcaklığı, güneş radyasyonu ve rüzgâr hızı sensörlerinin yerleştirildiği deneysel bir çalışmadır. İkinci bölümde ise, betonarme kutu kiriş köprünün deneysel sonuçlarla doğrulanmış üç boyutlu sonlu elemanlar ısı transferi analizi yapılmıştır ve ayrıntılı parametrik çalışmalar için kullanılmıştır. Bu sonlu elemanlar modeli, uzun vadeli hava sıcaklığı kayıtları ile birlikte sıcaklığın betonarme köprülerin tasarım hükümlerine etkilerini araştırmak için üçüncü bölümde kullanılmıştır. Son olarak, çevresel ısıl yükler altında beton köprülerin yapısal davranışını incelemek amacıyla termo-mekanik sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlar betonun yeni döküldüğü dönemde hidratasyon ısısının sıcaklık dağılımları üzerinde önemli etkileri olduğunu ve bu sıcaklıkların köprünün farklı bölümlerinde çeşitli doğrultularda bir noktadan diğerine değiştiğini göstermektedir. Bir yıldan fazla süreyle kaydedilen en yüksek dikey ve yanal sıcaklık değişimleri sırasıyla yaklaşık 20oC ve 19oCdir. Deneysel kayıtlardan, maksimum düşey ve yatay sıcaklık değişimlerini tahmin etmek için denklemler önerilmiştir. ANOVA parametrik çalışmalarına dayanarak, yüzey emiciliğinin beton sıcaklığı ve değişimi üzerinde çok daha etkili olduğunu gösterirken yoğunluk ve yüzey emisyonunun ihmal edilebilir oranda olduğunu göstermiştir. Bu araştırmanın deneysel istatistiksel ve sayısal çalışmaları, Meteorolojiden temin edilen Türkiye'deki farklı şehirler için uzun dönem aşırı hava verilerine ek olarak ortalama sıcaklık ve sıcaklık değişimleri modellemelerinde kullanılmıştır ve Türkiye'deki beton köprülerdeki ısıl eylemler için tasarım yöntemleri önerilmiştir.